【佳學(xué)基因檢測(cè)】癲癇基因檢測(cè)新要求

重復(fù)序列擴(kuò)增（Repeat Expansions）基因檢測(cè)

短串聯(lián)重復(fù)序列（short tandem repeats, STRs） 是由短DNA序列重復(fù)組成的結(jié)構(gòu)，廣泛分布于人類(lèi)基因組中，數(shù)量達(dá)到數(shù)萬(wàn)個(gè)。它們過(guò)去常被用作遺傳連鎖分析中的遺傳標(biāo)記。其中有大約 40個(gè)短串聯(lián)重復(fù)序列 顯示出擴(kuò)增現(xiàn)象，并與某些疾病相關(guān)。

所謂的重復(fù)序列擴(kuò)增是指患者體內(nèi)某些重復(fù)序列的拷貝數(shù)量顯著增加。具體的致病機(jī)制尚不完全相同，但在一定程度上與重復(fù)序列的類(lèi)型有關(guān)。常見(jiàn)的機(jī)制包括 RNA毒性，即重復(fù)序列會(huì)結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子或?qū)е碌鞍踪|(zhì)異常折疊，這些效應(yīng)尤其會(huì)影響壽命較長(zhǎng)的神經(jīng)細(xì)胞。

短串聯(lián)重復(fù)擴(kuò)增主要導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

目前，已有6種重復(fù)擴(kuò)增被證實(shí)可引起癲癇，主要集中在以下兩種癲癇疾病類(lèi)型中：

1. Unverricht–Lundborg型進(jìn)行性肌陣攣癲癇，也稱(chēng)為 EPM1（癲癇，進(jìn)行性肌陣攣性 1A 型），由一種隱性重復(fù)擴(kuò)增引起，位于啟動(dòng)子區(qū)，重復(fù)基序?yàn)?12個(gè)堿基（CCCCGCCCCGCG），位于 CSTB基因中。

2. 家族性成人肌陣攣性癲癇（FAME），由大量擴(kuò)增的內(nèi)含子五聚核苷酸重復(fù)序列引起，目前已有5個(gè)相關(guān)基因座被報(bào)道，即 FAME1–3 和 FAME6–7。

EPM1 的重復(fù)擴(kuò)增最早于 1997年 被描述；FAME 中不同亞型的重復(fù)擴(kuò)增則分別在 2018年（FAME1、6、7） 和 2019年（FAME2、3、4） 被發(fā)現(xiàn)。

有趣的是，FAME 可以被視為進(jìn)行性肌陣攣性癲癇臨床譜系中的輕度極端表現(xiàn)形式。目前為止，已鑒定出的所有6種癲癇相關(guān)重復(fù)擴(kuò)增，均聚集于這一臨床亞型。

EPM1 和 FAME1 都表現(xiàn)出 創(chuàng)始人效應(yīng)（founder effects）：

EPM1 存在多個(gè)創(chuàng)始人效應(yīng)，包括在芬蘭和留尼汪島中發(fā)現(xiàn)的情況。FAME1 則表現(xiàn)出日本的創(chuàng)始人效應(yīng)，已有至少 60 個(gè)家族被報(bào)道。此外，佳學(xué)基因通過(guò)基因解碼發(fā)現(xiàn)，這種重復(fù)擴(kuò)增具有廣泛的地理分布范圍，遍及整個(gè)亞洲；目前，**SAMD12 基因中的 FAME1 重復(fù)擴(kuò)增（均有相同核心單倍型的證據(jù)）**已在中國(guó)、斯里蘭卡和印度的家族中被報(bào)道。

這些新發(fā)現(xiàn)已經(jīng)促成了數(shù)百名患者的基因確診。隨著這類(lèi)研究成果的傳播，以及其他相關(guān)重復(fù)擴(kuò)增的識(shí)別，有望對(duì)孟德?tīng)栃桶d癇的分子診斷產(chǎn)生重大影響，可能將惠及成千上萬(wàn)的患者。此外，重復(fù)擴(kuò)增還代表著一種可用于精準(zhǔn)治療的遺傳病變。近期關(guān)于亨廷頓病反義寡核苷酸療法成功完成 II 期臨床試驗(yàn)的報(bào)道，也為針對(duì)癲癇中類(lèi)似重復(fù)擴(kuò)增的精準(zhǔn)治療帶來(lái)了希望。

目前重復(fù)擴(kuò)增最為豐富的疾病類(lèi)型是共濟(jì)失調(diào)癥，而這些疾病與癲癇之間存在表型重疊。例如 ATXN1（是癲癇 GWAS 的一個(gè)命中基因），它本身就包含一個(gè)編碼區(qū)重復(fù)擴(kuò)增，能導(dǎo)致脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)1型（SCA1）。這提示已知的共濟(jì)失調(diào)相關(guān)重復(fù)擴(kuò)增可能在癲癇中也作為風(fēng)險(xiǎn)因素存在——這一假設(shè)有待未來(lái)研究驗(yàn)證。至少，在癲癇患者中發(fā)現(xiàn)已知的重復(fù)擴(kuò)增，可能有助于識(shí)別被忽視或未被發(fā)現(xiàn)的共濟(jì)失調(diào)癥狀，尤其是在以癲癇為主要表現(xiàn)的病例中。

直到最近，檢測(cè)重復(fù)擴(kuò)增的唯一方式仍是采用重復(fù)引物PCR或Southern blot雜交，并且每次只能針對(duì)一個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。這些方法在大規(guī)模人群研究中因成本和操作難度高而不可行。過(guò)去幾年里，研究人員開(kāi)發(fā)了若干計(jì)算方法，可以在全基因組測(cè)序（WGS）或外顯子測(cè)序（WES）數(shù)據(jù)中識(shí)別重復(fù)擴(kuò)增。這些算法能夠應(yīng)用于任何癲癇患者的已有測(cè)序數(shù)據(jù)中，檢測(cè) EPM1 和 FAME 的內(nèi)含子重復(fù)擴(kuò)增。

這一技術(shù)進(jìn)展使得包括 Epi25 等大型癲癇隊(duì)列在內(nèi)的隊(duì)列研究中，能夠檢測(cè)已知和新的重復(fù)擴(kuò)增變異。目前，已知與未知的重復(fù)擴(kuò)增在解釋常見(jiàn)癲癇“缺失的遺傳力”方面的作用仍未被充分研究。隨著算法的不斷優(yōu)化和長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序（long-read sequencing）的普及，預(yù)計(jì)將發(fā)現(xiàn)更多重復(fù)擴(kuò)增，也將使其成為癲癇常規(guī)分析流程的一部分。

多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分（Polygenic Risk Scores, PRS）

多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分（PRS）是一種用于個(gè)體層面疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的加性模型，基于個(gè)體的基因分型數(shù)據(jù)（可以來(lái)自SNP芯片或全基因組測(cè)序）計(jì)算得出。該模型的回歸系數(shù)主要來(lái)源于全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）。

最近的癲癇 GWAS 已識(shí)別出 16個(gè)癲癇相關(guān)基因座，顯著提高了 PRS 在捕捉由常見(jiàn)變異引起的癲癇遺傳風(fēng)險(xiǎn)的能力。

PRS 的潛在應(yīng)用場(chǎng)景包括：

• (a) 預(yù)測(cè)個(gè)體的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)；

• (b) 估算遺傳力（包括“缺失的遺傳力”），以揭示疾病的遺傳復(fù)雜性；

• (c) 通過(guò)孟德?tīng)栯S機(jī)化（Mendelian Randomization）研究因果關(guān)系——即利用一個(gè)性狀的PRS預(yù)測(cè)另一個(gè)性狀的PRS，通過(guò)等位基因的隨機(jī)分布，能夠得出因果關(guān)系而非僅限于相關(guān)性。目前該方法廣泛應(yīng)用于復(fù)雜性狀研究中，有助于識(shí)別潛在驅(qū)動(dòng)的生物機(jī)制。

隨著癲癇的第一個(gè)真正有預(yù)測(cè)力的 GWAS 的問(wèn)世（及其構(gòu)建的 PRS），研究者現(xiàn)在可以利用 PRS 檢驗(yàn)多種癲癇相關(guān)假設(shè)。例如，國(guó)際抗癲癇聯(lián)盟（ILAE）復(fù)雜癲癇聯(lián)盟通過(guò)連鎖不平衡評(píng)分回歸（LD score regression）發(fā)現(xiàn)，癲癇與精神分裂癥、雙相障礙、自閉癥等神經(jīng)精神疾病的遺傳風(fēng)險(xiǎn)幾乎沒(méi)有重疊，而這些神經(jīng)精神疾病彼此之間卻共享較多遺傳風(fēng)險(xiǎn)。

此外，這些 GWAS 數(shù)據(jù)還可以與 UK Biobank 等其他數(shù)據(jù)結(jié)合，利用孟德?tīng)栯S機(jī)化框架推斷癲癇的可能致因機(jī)制。

癲癇 PRS 的研究仍處于起步階段。最近一項(xiàng)大型研究在來(lái)自歐洲血統(tǒng)的高質(zhì)量表型隊(duì)列中驗(yàn)證了早期發(fā)現(xiàn)，但在其他族群或表型不準(zhǔn)確的隊(duì)列中，重復(fù)結(jié)果較弱。雖然 PRS 在臨床應(yīng)用上具有前景，但其有效性需要對(duì)表型質(zhì)量和族群差異給予特別關(guān)注。

寡基因模型（Oligogenic Models）

寡基因模型是指某一遺傳風(fēng)險(xiǎn)需要多個(gè)等位基因共同作用才能顯現(xiàn)。這包括修飾基因（modifier gene）和基因互作（epistasis）模型，即每個(gè)單獨(dú)變異本身不致病，只有兩者同時(shí)存在時(shí)才增加發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。

正如前文所述，目前的遺傳數(shù)據(jù)分析方法通常只關(guān)注加性風(fēng)險(xiǎn)，或通過(guò)過(guò)濾排除了一些可能具有寡基因作用的變異（例如高頻修飾變異）。此外，GWAS 不評(píng)估互作效應(yīng)，因?yàn)檫@將產(chǎn)生龐大的模型組合，導(dǎo)致多重比較帶來(lái)的嚴(yán)重統(tǒng)計(jì)懲罰。

盡管存在挑戰(zhàn)，但寡基因模型在癲癇中極具吸引力，目前已有若干初步證據(jù)表明其重要性：

1. 人類(lèi)已知的高度外顯的單基因癲癇變異，如 GABAA 受體 γ2（R43Q）變異，在不同純合小鼠品系中表現(xiàn)出對(duì)熱性發(fā)作的不同易感性，提示基因背景中存在其他修飾因子——這是一種罕見(jiàn)變異與常見(jiàn)背景共同構(gòu)成復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)的例子。

2. 生物學(xué)機(jī)制也支持寡基因模型。例如，多個(gè)癲癇基因編碼離子通道亞基，如電壓門(mén)控鈉通道（SCN1A、SCN1B）、鉀通道（KCNQ2、KCNQ3）和配體門(mén)控通道（CHRNA4、GABRG2、GABRA1）等。這些亞基之間的變異可能在單獨(dú)時(shí)無(wú)致病性，但聯(lián)合時(shí)可導(dǎo)致癲癇，屬于表觀遺傳交互作用的一個(gè)實(shí)例。

SCN8A 也已被證明對(duì) SCN1A 雜合敲除小鼠癲癇模型具有修飾效應(yīng)。

如 Epi25、Epi4K、ILAE等大型癲癇隊(duì)列將允許檢驗(yàn)特定的寡基因假設(shè)。但由于要測(cè)試的模型數(shù)量巨大，無(wú)法在全基因組范圍內(nèi)進(jìn)行窮舉分析。這類(lèi)假設(shè)也可借助小鼠模型或 深度突變掃描（deep mutational scanning）**等技術(shù)進(jìn)一步驗(yàn)證。

佳學(xué)基因觀點(diǎn)

過(guò)去十年，癲癇遺傳學(xué)取得了巨大進(jìn)展，這進(jìn)展主要得益于：

• 測(cè)序技術(shù)和計(jì)算方法的革新；

• 多個(gè)大型國(guó)際合作項(xiàng)目的建立。

一個(gè)重大突破是在癲癇性腦?。―EE）中的分子遺傳學(xué)研究——這一類(lèi)長(zhǎng)期被認(rèn)為是由圍產(chǎn)期因素引起的疾病，如今已確認(rèn)其與新生突變（de novo）密切相關(guān)。

此外，對(duì)兩大常見(jiàn)癲癇類(lèi)型（局灶性癲癇和廣泛性遺傳癲癇 GGE）的遺傳機(jī)制也有了重大認(rèn)識(shí)：

• 非獲得性局灶癲癇主要由稀有變異引起；

• 而 GGE 的遺傳風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于常見(jiàn)變異。

目前，研究人員也在開(kāi)發(fā)新的分析方法，例如：

• 單細(xì)胞 RNA 測(cè)序技術(shù)，可在單細(xì)胞水平描繪基因表達(dá)，識(shí)別不同細(xì)胞群、揭示調(diào)控關(guān)系、追蹤發(fā)育軌跡。將其應(yīng)用于來(lái)自手術(shù)或尸檢的癲癇腦組織，可能有助于解析發(fā)病機(jī)制。

多個(gè)正在進(jìn)行的大型國(guó)際合作項(xiàng)目將進(jìn)一步深化對(duì)癲癇遺傳圖譜的認(rèn)識(shí)。已有的數(shù)千名癲癇患者測(cè)序或基因分型數(shù)據(jù)，可以與 ENCODE、UK Biobank、GTEx 等大數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)合分析，甚至對(duì)比其他疾病以識(shí)別共享機(jī)制。

目前在癲癇遺傳學(xué)方面的成果已開(kāi)始影響臨床實(shí)踐。檢測(cè)到癲癇致病變異對(duì)于疾病預(yù)后評(píng)估、遺傳咨詢(xún)和臨床管理至關(guān)重要，也為個(gè)體化治療（包括藥物再利用或新療法開(kāi)發(fā)）提供了基礎(chǔ)。

多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分（PRS）也可能即將進(jìn)入臨床階段，有望結(jié)合常見(jiàn)變異和稀有變異，更全面地管理癲癇患者。